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中国科学院长春利用化学研究所：基在双辨认元件的便携式唾液传感器，用在蛀牙病原菌的即时检测 【中国科学院长春利用化学研究所：基在双辨认元件的便携式唾液传感器，用在蛀牙病原菌的即时检测】

2022年WHO陈述称恒牙蛀牙是最多见的口腔疾病，影响全球超20亿人。变异链球菌（S. mutans）作为首要致龋菌，其数目监测对龋病猜测有主要意义。但是，传统的细菌检测方式如：培育基法，酶联免疫吸附测定和聚合酶链式反映手艺，具有耗时长、活络度低，触及昂贵仪器等错误谬误。

最近几年来，电化学传感器凭仗本钱低、耗时短、高特异性和快速响应等优势，为细菌检测斥地了新平台。针对S. mutans，研究人员已开辟出一系列以抗体、抗菌肽、万古霉素和凝固素为辨认元件的传感器，但较差的活络度和持久不变性限制了传感器在真实唾液中的检测利用。另外，唾液中多种成份之间存在干扰，对检测造成坚苦。若何提高选择性还是便携式唾液传感器现实利用的研究难点。

近期，中国科学院长春利用化学研究所张强研究员与吉林年夜学口腔病院韩光红副主任医师合作，开辟了一种基在适配体/细菌印迹聚合物的（aptamer/SIP）非酶类双辨认元件的便携式唾液传感器，其以羧基化多壁碳纳米管（c-MWCNTs）为基底材料，亚甲基蓝（MB）为嵌入式氧化还原探针，并集成了丝网印刷电极（SPE）（图1）。与其它的S. mutans传感器比拟，本研究所制备的的便携式唾液传感器表示出更高的活络度（564.0 nA/dec）、更低的检测限（LOD，2.6 CFU/mL）和更宽的线性检测规模（10²~ 10⁹ CFU/mL）。另外，该传感器可以或许原位即时检测真实唾液样本中的S. mutans，在临床龋病猜测和初期诊断中表示出庞大潜力。

图1S. mutans传感器唾液检测示意图

起首，研究人员经由过程CA方式将c-MWCNTs电沉积在SPE电极上，并研究电沉积时候对电化学机能的影响。S. mutans特异性适配体一端润色有氨基，经由过程与c-MWCNTs电极上的羧基产生缩合反映构成酰胺键，实现不变的共价键连系。经由过程XPS阐发和CV表征确认了适配体的成功固定。随后，采取CV在-0.8 ~ +0.9 V的电位规模内，将S. mutans、吡咯单体和MB电沉积在aptamer电极上，取得PPy/S. mutans电极。成果显示，-0.28 V和-0.14 V处显示为MB的还原和氧化峰，0.9 V处显示为吡咯的氧化峰。当CV电沉积圈数为15圈时，电极电化学机能最好。经由过程SEM不雅察到PPy/S. mutans电极概况笼盖有球状的S. mutans（菌体直径约为0.6 ~ 1 μm）和不法则的聚吡咯球体。EDS能谱图显示出S. mutans特有Mg元素和P元素。以上成果均证实S. mutans的成功电聚合。采取溶菌酶/Triton X-100去除S. mutans后，即取得aptamer/SIP电极。CV曲线中不雅察到电流较着增添，MB还原峰在-0.45 V处。随后，经由过程CA在-0.45 V电位下研究了吡咯浓度、S. mutans聚合浓度和洗脱剂种类对S. mutans传感器电化学机能的影响。

图2 c-MWCNTs电沉积和表征

为进一步验证S. mutans的成功去除，研究人员利用SEM对aptamer/SIP电极进行描摹表征。成果发现，SEM图象中未不雅察到颗粒状的S. mutans。随后，采取CV和EIS对aptamer/SIP电极的电化学机能进行研究。在扫描速度为25 ~ 200 mV/s的前提下，记实了aptamer/SIP电极在5 mM K₃Fe(CN)₆溶液中的CV曲线。成果发现，氧化还原峰的强度与扫描速度的平方根呈线性相干，注解该电极的电化学反映受分散进程节制。同时，EIS成果显示，去除S. mutans后，Rct从4911 Ω减小到2303 Ω，界面电阻较着减小。注解去除低导电S. mutans后，电极概况建立了年夜量的电子传输路径，从而显著提高电极的电化学活性。

图3aptamer/SIP电极表征

如图4所示，采取CA方式在-0.45 V电位下，对含有10 ~ 10⁹ CFU/mL S. mutans浓度规模的人工唾液进行检测。成果发现，电流值随S. mutans浓度负对数值的增添而线性削减。与现有其它的S. mutans传感器比拟，该S. mutans传感用具有更高的活络度（564.0 nA/dec），和更低的LOD（2.6 CFU/mL）。另外，该传感器线性响应规模（10²~ 10⁹ CFU/mL）笼盖了人类心理和龋病状况下的唾液S. mutans程度，答应直接检测现实唾液样本，而无需稀释。为评估双辨认传感器的检测优势，制备不含有适配体的单辨认元件SIP传感器。不异前提下，SIP传感器的活络度为193.1 nA/ dec，检测限为7.6 CFU/mL，并表示出较窄的线性检测规模10³~ 10⁷ CFU/mL。成果注解适配体在提高传感器的检测活络度方面起侧重要感化。另外，S. mutans传感器也揭示出了杰出的选择性和重现性，并可以或许在60天内连结对S. mutans的高效传感，具有优良的持久不变性。

图4S. mutans传感器的机能评估

为评估S. mutans传感器的现实利用潜力，研究人员将其用在检测健康人群真实唾液样本中的S. mutans。成果发现，跟着S. mutans浓度从10³ CFU/mL增添到10⁹ CFU/mL，电流值随S. mutans浓度负对数值的增添而线性削减。在真实唾液中该传感器表示出307.0 nA/dec的活络度和4.8 CFU/mL的LOD值，可以或许进行真实唾液中S. mutans的正确定量，具有现实利用潜力。

图5S. mutans传感器的真实唾液检测

总之，本研究开辟了一种基在双辨认元件的便携式生物传感器，用在敏捷检测唾液中S. mutans，为龋病初期猜测供给了潜力。该传感用具有超卓的活络度、高选择性和杰出的不变性，可持久现实利用。经由过程固定适配体和SIP双辨认元件，建立S. mutans特异性印迹空腔和高选择性传感界面。MB作为氧化还原探针嵌入SIP收集中，在S. mutans连系反映时代供给直接的电旌旗灯号，以实现S. mutans的原位即时检测。另外，该传感器不含任何抗体或其它卵白质等易掉活物资，消弭了传感器因持久利用而带来的旌旗灯号降落风险。该传感器成功利用在真实唾液检测，凸起了其在临床防龋和个性化口腔健康监测方面的庞大潜力。

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